DOI: 10.17586/2226-1494-2018-18-3-493-504


УДК519.684.6

АЛГОРИТМ СИНТЕЗА КОМПАКТНЫХ ЦИФРОВЫХ РЕГУЛЯТОРОВ В АРИФМЕТИКЕ С ФИКСИРОВАННОЙ ЗАПЯТОЙ

Каримов Т. И., Сольницев Р. И., Бутусов Д. Н., Островский В. Ю.


Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования: Каримов Т.И., Сольницев Р.И., Бутусов Д.Н., Островский В.Ю. Алгоритм синтеза компактных цифровых регуляторов в арифметике с фиксированной запятой // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2018. Т. 18. № 3. С. 493–504. doi: 10.17586/2226-1494-2018-18-3-493-504

Аннотация
 Предложен и исследован алгоритм реализации цифровых регуляторов систем управления в арифметике с фиксированной запятой на основе адаптивного выбора дискретной подстановки для перехода из s- в z-область и дискретного оператора (z- или δ-оператора). Приведены результаты экспериментальной проверки предлагаемых критериев выбора дискретных подстановки и оператора, тестирования алгоритма. Предлагаемый подход позволил сократить число используемых логических элементов в реализации регуляторов на программируемых логических интегральных схемах или заказных микросхемах в 2–3 раза и более при обеспечении заданного уровня точности по сравнению с традиционной методикой на основе применения подстановки Тастина и z-оператора, а также уменьшить трудоемкость разработки. Полученные результаты имеют прикладное значение при проектировании электронных блоков автономных встраиваемых систем, космических аппаратов и других объектов, для которых характерны  ограничения по массе, габаритам и энергопотреблению, позволяя преодолеть указанные ограничения.

Ключевые слова: встраиваемые системы, дельта-оператор, ПЛИС, цифровые системы управления, автоматизированное проектирование

Список литературы
 
  1. Ahmadi A., Zwolinski M. Word-length oriented multiobjective optimization of area and power consumption in DSP algorithm implementation // Proc. 25th Int. Conf. on Microelectronics. Belgrade, Serbia, 2006. P. 614–617. doi: 10.1109/ICMEL.2006.1651042
  2. Govindu G., Zhuo L., Choi S., Gundala P., Prassanna V. Area, and power performance analysis of a floating-point based application on FPGAs. Los Angeles, University of Southern California, 2003.
  3. Te Ewe C., Cheung P.Y.K., Constantinides G.A. Dual fixed-point: an efficient alternative to floating-point computation // Lecture Notes in Computer Science. 2004. V. 3203. P. 200–208.
  4. Aruna K., Bhaskararao J. Design and implementation of fixed point and floating point PID controllers in VIVADO HLS using FPGA // International Journal of VLSI System Design and Communication Systems. 2016. V. 4. N 9. P. 799–804.
  5. Finnerty A., Ratigner H. Reduce Power and Cost by Converting from Floating Point to Fixed Point. XILINX White Paper 491, 2017. 14 p.
  6. Schneider A.M., Kaneshige J.T., Groutage F.D. Higher order s-to-z mapping functions and their application in digitizing continuous-time filters // Proceedings of the IEEE. 1991. V. 79. N 11. P. 1661–1674. doi: 10.1109/5.118990
  7. Jackson L., Lindgren A., Kim Y. Optimal synthesis of second-order state-space structures for digital filters // IEEE Transactions on Circuits and Systems. 1979. V. 26. N 3. P. 149–153. doi: 10.1109/TCS.1979.1084623
  8. Middleton R., Goodwin G.C. Improved finite word length characteristics in digital control using delta operators // IEEE Transactions on Automatic Control. 1986. V. 31. N 11.
    P. 1015–1021. doi: 10.1109/TAC.1986.1104162
  9. Kauraniemi J., Laakso T.I., Hartimo I., Ovaska S.J. Delta operator realizations of direct-form IIR filters // IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal Processing. 1998. V. 45. N 1. P. 41–52. doi: 10.1109/82.659455
  10. Butusov D.N., Karimov T.I., Kaplun D.I., Karimov A.I. Delta operator filter design for hydroacoustic tasks // Proc. 6th Mediterranean Conference on Embedded Computing. Bar, Montenegro, 2017. Art. 7977213. doi: 10.1109/MECO.2017.7977213
  11. Бутусов Д.Н., Каримов Т.И., Каримов А.И. Применение модифицированного дельта-преобразования при проектировании специализированных вычислителей // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 3. С. 76.
  12. Butusov D.N., Karimov T.I., Kaplun D.I., Karimov A.I., Huang Y., Li S.C. The choice between delta and shift operators for low-precision data representation // Proc. 20th Conf. of Open Innovations Association (FRUCT). St. Petersburg, 2017.
    P. 46–52. doi: 10.23919/FRUCT.2017.8071291


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2018 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика